不同NDF 與淀粉比例飼糧在奶牛瘤胃的降解特性

朱 丹，張佩華，趙 勐，劉士杰，張開展，WILLIAM P． Weiss，卜登攀

(1．湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院 畜禽遺傳改良湖南省重點實驗室，湖南 長沙410128;2．中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所 動物營養(yǎng)國家重點實驗室，北京100193;3．CAAS-ICRAF 農(nóng)用林業(yè)與可持續(xù)畜牧業(yè)聯(lián)合實驗室，北京100081;4．東北農(nóng)業(yè)大學食品安全與營養(yǎng)協(xié)調(diào)創(chuàng)新中心，黑龍江 哈爾濱150030;5．中國飼料工業(yè)協(xié)會，北京100125;6．北京中地種畜有限公司，北京100028;7．俄亥俄州立大學動物科學技術學院，美國 伍斯特44691)

碳水化合物在反芻動物營養(yǎng)中起著至關重要的作用，一般占飼糧的70% ～80%，包括能全面反映日糧纖維含量的中性洗滌纖維(Neutral Detergent Fiber，NDF)和全面體現(xiàn)易發(fā)酵碳水化合物含量的非纖維性碳水化合物(主要為淀粉等)。其主要營養(yǎng)功能包括維持瘤胃正常發(fā)酵、保障胃腸道健康及作為瘤胃微生物和動物機體代謝的能量載體等［1］，故研究反芻動物常用飼糧的碳水化合物組成及添加比例是十分必要的。NDF/淀粉的比值相對一直被人們沿用的精粗比這一籠統(tǒng)指標，能更直接地反映飼糧的易發(fā)酵程度［2］。精粗比僅僅區(qū)分植物的莖葉和籽實部分，表現(xiàn)出來的只是纖維物質(zhì)和非纖維物質(zhì)兩者含量上的差異。NDF 包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等，對刺激動物反芻、唾液分泌及增強瘤胃緩沖作用等具有重要意義，淀粉作為易發(fā)酵碳水化合物的主要組成部分，是動物機體生長、發(fā)育和生產(chǎn)是重要能量來源［3］。所以，在反芻動物日糧瘤胃降解特性的研究中，NDF 與淀粉比例的提出有更直觀的效果。但迄今為止，針對不同NDF/淀粉比值飼糧對奶牛瘤胃降解的研究報道仍較少，因此，有必要對此進行研究?，F(xiàn)關于評價反芻動物飼料原料的營養(yǎng)價值主要有體外法(in vitro)、體內(nèi)法(in vivo)和半體內(nèi)法(in situ)3 種方法。瘤胃尼龍袋法(Nylon Bag Technique，NBT)又稱半體內(nèi)法，是近十幾年來用于評定飼料降解情況的有效方法，廣泛應用于測定動物飼料各種營養(yǎng)成分的降解率，具有相對簡單、周期短、耗費低廉、良好的重復性等優(yōu)點，并且結(jié)果具有較好的穩(wěn)定性。前人曾采用尼龍袋法對一些常用飼料原料及不同類型飼糧的營養(yǎng)成分在反芻動物瘤胃的降解情況進行評價［4-12］。本研究通過探討青貯玉米(Zea mays)、燕麥(Avena sativa)干草與玉米籽粒的適合配比及檢測不同中性洗滌纖維和淀粉飼糧在奶牛瘤胃中降解的過程，比較不同組合飼糧之間的干物質(zhì)(DM)、有機物(OM)、粗蛋白質(zhì)(CP)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)的降解率等指標，旨在評定不同中性洗滌纖維和淀粉飼糧飼喂奶牛的營養(yǎng)價值，作為調(diào)整NDF/淀粉的手段，為合理配制奶牛飼糧提供重要的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗材料

玉米籽粒、甜菜粕、青貯玉米、苜蓿(Medicago sativa)干草、燕麥干草、膨化大豆、豆粕和全棉籽等均來自北京中地種畜科技有限公司，經(jīng)65 ℃烘干制成風干樣備用。參照NRC(2001)［13］奶牛營養(yǎng)需要，根據(jù)玉米籽粒、燕麥干草和青貯玉米不同比例分為4 組，其余飼料原料組成不變，并以干物質(zhì)為基礎配制成全混合日糧(TMR)。4 組日糧其NDF/淀粉比例分別為0．86(Ⅰ)、1．13(Ⅱ)、1．56(Ⅲ)和2．38(Ⅳ)?；A飼糧配方見表1。

圖1 試驗用尼龍袋Fig．1 The nylon bags used in this study

表1 4 種試驗飼糧的組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎)Table 1 Ingredients and chemical composition of four experimental diets

1．2 試驗動物與飼養(yǎng)管理

選用健康、平均體重為(600 ±21)kg、處于泌乳中后期且裝有永久性瘤胃瘺管的3 頭荷斯坦奶牛為試驗動物。試驗奶牛采用散欄式喂養(yǎng)，基礎日糧為全混合日糧(TMR)飼喂，精粗比約為41∶ 59，一天供給量可滿足日產(chǎn)奶30 kg 營養(yǎng)需要，飼糧組成及營養(yǎng)水平見表2。試驗期間定時飼喂3 次(07:30、13:00 和19:30)，全天自由采食、飲水。

1．3 測定指標與方法

1．3．1 試驗方法 選擇孔徑為50 μm 的尼龍布(圖1)，制成8 cm×12 cm 的尼龍袋。用油性記號筆標號后放入65 ℃烘箱，48 h 后，恒重備用。準確稱取樣品5 g(精確至0．000 1 g)放入已知重量的尼龍袋，每個時間點同一瘺管牛設兩個平行樣。于晨飼前1 h 利用細木棍把尼龍袋輕輕送入瘺管牛瘤胃腹囊，并將尼龍繩固定在瘺管蓋的鉤子上，分別在2、4、8、16、24、36、48 和72 h 規(guī)定的培養(yǎng)時間(0 h 的尼龍袋不放入瘤胃中，在37 ℃水浴鍋內(nèi)浸泡5 min 后取出，用水沖洗至澄清，于65 ℃烘干至恒重備測，作為空白對照)，對應拿出尼龍袋后立即放入冷水中結(jié)束發(fā)酵，并用自來水沖洗約5 min，直至水澄清為止，65 ℃烘至恒重(約48 h)。用分析天平稱重后，將烘干恒重的同一時間點放入的兩個袋內(nèi)的殘渣倒出混合、磨碎，過1 mm 孔篩，備用。

表2 基礎日糧的組成及營養(yǎng)水平Table 2 Ingredients and chemical composition of basal diets

1．3．2 測定指標 根據(jù)烘箱干燥法測定干物質(zhì)，灼燒法測定粗灰分，凱氏定氮法(GB6432 －86)測定粗蛋白質(zhì)，Van Soest 等［14］的方法測定中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量，其中NDF 含量測定進行耐高溫α －淀粉酶處理。

1．4 飼料瘤胃降解率和有效降解率的計算方法

1．4．1 飼料瘤胃降解率的計算

式中，A 為待測飼料某成分的瘤胃降解率(%);B 為待測飼料某成分質(zhì)量(g);C 為殘留物中某成分質(zhì)量(g)。

1．4．2 有效降解率的計算 依據(jù)?rskov 和McDonald［15］的數(shù)學指數(shù)模型對飼料成分在瘤胃內(nèi)的動態(tài)降解特性進行計算。

式中，a 為快速降解部分(%);b 為慢速降解部分(%);a+b 為潛在降解部分(%);c 為b 部分的降解速率(%·h－1)，dp 為某成分在瘤胃內(nèi)停留時間t 小時的瘤胃降解率(%);ED 為某成分瘤胃有效降解率(%);k 為待測飼料瘤胃外流速率常數(shù)(%·h－1)，本研究中k 值參考Tamminga 等［16］提出的粗飼料k 取4．5%·h－1，精飼料為6%·h－1。根據(jù)本研究中4 種日糧的精粗比，k 值分別取為5．5、5．3、5．2、5．0 %·h－1。利用最小二乘法計算出a、b 和c 值，再根據(jù)公式計算出飼料成分的有效降解率。

1．5 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2010 對數(shù)據(jù)進行初步整理，采用SAS 9．2 軟件的ANOVA 程序和鄧肯氏復極差測驗進行分析，以P ＜0．05 為差異顯著性判斷的標準。

2 結(jié)果

2．1 不同中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧的營養(yǎng)成分分析

4 種飼糧的DM 含量為47．00% ～54．00%，除Ⅱ和Ⅲ組差異不顯著外(P ＞0．05)，其他各組間均差異顯著(P ＜0． 05)(表3);OM 含量以Ⅰ組最高，達93．35%，Ⅳ組最低，為91．66%，各組飼糧間差異顯著(表4);CP 以Ⅲ和Ⅳ組含量較高，分別達17．57%、17．60%，其次是Ⅱ組，為17．52%，Ⅰ組17．04%最低，4 組間差異不顯著(表5);NDF 以Ⅳ組最高，達41．00%，顯著高于其他3 組，Ⅲ組其次，Ⅰ組含量(29．74%)最低，顯著低于Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ組(表6);ADF 仍然以Ⅳ組最高，達27．67%，顯著高于其他3 組，Ⅰ組含量(18．09%)最低，顯著低于Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ組(表7)。

2．2 不同中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧的DM 瘤胃降解特性

4 組飼糧DM 的快速降解部分為24． 91% ～26．83%，各組間差異不顯著(P ＞0．05);DM 的慢速降解部分以Ⅳ組最低，為50．94%，顯著低于Ⅰ和Ⅱ組(P＜0．05)，與Ⅲ組差異不顯著;Ⅰ組(57．84%)最高，但與Ⅱ和Ⅲ組間差異不顯著;潛在降解部分的變化趨勢與慢速降解部分近似;慢速降解部分的降解速率隨飼糧NDF 與淀粉比例的增加而降低，Ⅰ組最高，顯著高于Ⅲ和Ⅳ組，與Ⅱ組差異不顯著，Ⅳ組最低，顯著低于Ⅰ和Ⅱ組，與Ⅲ組差異不顯著;Ⅰ和Ⅱ組的有效降解率顯著高于Ⅳ組，Ⅲ組其次，Ⅳ組(47．73%)最低，與Ⅲ組差異不顯著(表3)。

2．3 不同中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧的OM 瘤胃降解特性

4 種不同中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧OM 在瘤胃中的快速降解部分無顯著差異(P ＞0．05);OM 的慢速降解部分、潛在降解部分、慢速降解部分的降解速率及有效降解率均隨飼糧NDF 與淀粉比例的增加而下降(表4)。其中，慢速降解部分Ⅰ組顯著高于Ⅳ組(P＜0．05)，與Ⅱ和Ⅲ組差異不顯著;潛在降解部分Ⅳ組顯著低于Ⅰ和Ⅱ組，與Ⅲ組差異不顯著;慢速降解部分的降解速率Ⅰ和Ⅱ組顯著高于Ⅳ組，與Ⅲ組差異不顯著，同時Ⅲ組和Ⅳ組差異不顯著;OM 的有效降解率與DM 有效降解率的變化趨勢相似(表4)。

2．4 不同中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧的CP 瘤胃降解特性

4 組飼糧CP 的快速降解部分、慢速降解部分、潛在降解部分、慢速降解部分的降解速率和有效降解率各組間均無顯著差異(P ＞0．05)(表5)。

2．5 不同中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧的NDF 瘤胃降解特性

4 組飼糧NDF 的快速降解部分無顯著差異(P ＞0．05);慢速降解部分以Ⅱ組和Ⅲ組最高(72．87%、79．53%)，顯著高于Ⅰ組(P ＜0．05)，與Ⅳ組差異不顯著;潛在降解部分的變化趨勢與慢速降解部分大致相似，Ⅲ組最高(81．76%);4組飼糧NDF慢速降解部分的降解速率無顯著差異;NDF 的有效降解率隨飼糧NDF 與淀粉比例的增加逐漸降低，Ⅰ組最高，達22．82%，顯著高于其他各組，后3 組飼糧ED 無顯著差異(表6)。

表3 4 種中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧瘤胃中DM 降解率和降解參數(shù)Table 3 Dry matter degradability and parameters of four different NDF/Starch ratio diets in rumen %

表4 4 種中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧瘤胃中OM 降解率和降解參數(shù)Table 4 Organic matter degradability and parameters of four different NDF/Starch ratio diets in rumen %

表5 4 種中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧瘤胃中CP 降解率和降解參數(shù)Table 5 Crude protein degradability and parameters of four different NDF/Starch ratio diets in rumen %

2．6 不同中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧的ADF 瘤胃降解特性

4 組飼糧ADF 的快速降解部分無顯著差異(P ＞0．05);慢速降解部分以Ⅱ和Ⅲ組最高(80．98%、83．47%)，極顯著高于Ⅰ和Ⅳ組(P ＜0．01)，Ⅰ組以47．12%最低，極顯著低于其他3 組;潛在降解部分Ⅱ組和Ⅲ組最高(100%、98．61%)，極顯著高于Ⅰ和Ⅳ組，Ⅰ組(63．72%)最低，與Ⅳ組差異不顯著;慢速降解部分的降解速率Ⅱ組顯著低于Ⅰ組和Ⅳ組，與Ⅲ組差異不顯著;ADF 的有效降解率各組飼糧間無顯著差異(表7)。

表6 4 種中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧瘤胃中NDF 降解率和降解參數(shù)Table 6 Neutral detergent fiber degradability and parameters of four different NDF/Starch ratio diets in rumen %

表7 4 種中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧瘤胃中ADF 降解率和降解參數(shù)Table 7 Acid detergent fiber degradability and parameters of four different NDF/Starch ratio diets in rumen %

3 討論

3．1 4 種中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧DM 和OM瘤胃的降解特性

影響奶牛干物質(zhì)采食量(DMI)的一個關鍵要素即為飼糧干物質(zhì)瘤胃降解率，其降解率越高，動物的DMI就越大。DM 降解率的高低能夠反映飼糧在奶牛瘤胃中降解的難易程度，并與飼料蛋白質(zhì)的降解率、中性洗滌纖維含量和降解率等存在一定的相關性［17］。另外，研究認為，當日糧精料含量為50%以上時，對瘤胃內(nèi)粗飼料的消化會產(chǎn)生“負組合效應”(Negative Associate Effect)。Pereira 和Armentano［18］研究指出，在NDF含量較高的日糧中，淀粉對纖維的消化會產(chǎn)生更加明顯的負面作用。李華和汪行舟［19］指出，粗飼料玉米秸稈DM 的瘤胃有效降解率隨飼糧精料水平的增加而降低;王吉峰［20］研究證實，精料各培養(yǎng)時間點的DM 降解率在精粗比為30∶ 70、50∶ 50 和65∶ 35 下無顯著差異(P ＞0．05)，并指出精料的有效降解率均極顯著高于粗飼料(P ＜0．01)。本研究就干物質(zhì)和有機物的有效降解率總體來說，表現(xiàn)為Ⅳ組＜Ⅲ組＜Ⅱ組＜Ⅰ組，這可能是因為隨飼糧精料淀粉的增加，即使粗飼料中燕麥干草和青貯玉米的降解率會因“負組合效應”有所降低，但因二者在日糧中所占比例減小，同時精料的降解率不受精粗比限制但占飼糧比重提高，故DM、OM 的降解率均會逐漸提高。這與孟慶翔等［21］、Chase和Hibberd［22］的報道基本相吻合。4 種飼糧OM 在瘤胃中有效降解率變化趨勢與DM 相似，且有效降解率基本為DM ＞OM，本研究結(jié)果與冷靜等［23］報道的結(jié)果一致。

3．2 4 種中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧CP 瘤胃的降解特性

粗蛋白質(zhì)瘤胃降解率的大小反映了飼料營養(yǎng)損失的多少［24］。?rskov 和McDonald［15］研究認為，飼料蛋白質(zhì)的降解率在以青粗飼料為基礎飼糧條件下降解率較高，而在精飼料為基礎飼糧的條件下則較低;而徐曉燕［25］研究發(fā)現(xiàn)，在分別飼喂CS(粗料僅為玉米秸稈)和MF(粗料為羊草、苜蓿干草和裹包青貯玉米)兩種粗飼料來源飼糧的奶牛瘤胃中CP 降解率的差異未達到顯著性水平(P ＞0．05)，他們認為這可能與瘤胃中的pH 有關。本研究中，隨著燕麥干草和青貯玉米NDF 水平的增加和玉米淀粉水平的相應下降，4 組飼糧CP 的瘤胃有效降解率并無顯著差異(P ＞0．05)，與?rskov 和McDonald［15］的觀點不吻合。通常認為，粗蛋白質(zhì)在瘤胃中的降解率主要取決于飼糧本身特性(CP 組成、抗營養(yǎng)因子及細胞壁惰性屏障的存在等)、發(fā)酵的難易程度及在瘤胃內(nèi)的滯留時間［26］。本研究的結(jié)果可能與飼糧本身特性存在緊密聯(lián)系，或是原樣本身提供的CP 水平相近以及蛋白質(zhì)飼料(豆粕、膨化大豆、全棉籽)配比一致造成的。

3．3 4 種中性洗滌纖維與淀粉比例飼糧NDF 和ADF瘤胃的降解特性

飼糧NDF 和ADF 瘤胃降解率的大小同干物質(zhì)一樣都能夠反映其消化難易程度。飼料纖維物質(zhì)的消化程度主要由瘤胃纖維分解菌的活性、飼糧物理和化學特性及飼料顆粒在瘤胃內(nèi)的滯留時間來決定［27］。NDF 包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等復雜結(jié)構(gòu)物質(zhì)，是植物細胞壁成分，屬于眾多營養(yǎng)成分中緩慢消化或不被消化的部分。ADF 包括半纖維素(聚戊糖、聚己糖)和木質(zhì)素等，動物粗飼料中幾乎不能被瘤胃微生物所消化的木質(zhì)素含量很高，其與可利用纖維緊密結(jié)合影響了瘤胃微生物對飼料中纖維物質(zhì)的附著和降解，故NDF 和ADF 的瘤胃降解率低［28］。

本研究中，4 種飼糧精料水平從35%上升到65%(淀粉水平為17．26% ～34．44%)，NDF 的有效降解率則依次呈增加趨勢。飼糧Ⅰ組的NDF 有效降解率最高，為22．82%，顯著高于其他各組(P ＜0．05)，同時其余3 組之間無顯著差異(P ＞0．05)。研究認為，在高粗飼糧中可發(fā)酵碳水化合物(可溶性糖、淀粉)的含量較低，瘤胃內(nèi)碳源和氮源比例不平衡導致真菌和纖維降解菌的減少，故纖維物質(zhì)的瘤胃降解能力較低，當添加精料時會促進微生物的生長，進而促進纖維物質(zhì)消化，但精料添加超過一定量時，淀粉降解菌的數(shù)量和活性處于主導地位，造成瘤胃內(nèi)環(huán)境變化，pH 顯著降低，反過來又會抑制纖維物質(zhì)的消化。如霍鮮鮮等［29］發(fā)現(xiàn)，不同SC/NSC 飼糧在綿羊瘤胃內(nèi)NDF 和ADF 的動態(tài)降解率差異顯著或極顯著(P ＜0．05 或P ＜0．01)，表現(xiàn)為1．53 組＞2．32 組＞1．23 組;陳寧［24］也發(fā)現(xiàn)，當飼喂精粗比為60∶ 40 飼糧時，苜蓿干草、新疆蘆葦(Phragmites adans)和小黑麥的NDF 在奶牛瘤胃的消失率顯著高于70 ∶ 30 和50 ∶ 50 兩種精粗比飼糧(P ＜0．05)。本研究與上述兩種觀點不同之處在于，4種飼糧隨著精料(玉米籽粒)的增加，NDF 的有效降解率并未呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，而表現(xiàn)為依次增加。這可能主要與飼料本身的纖維可降解性及日糧配比有關，抑或是動物飼養(yǎng)水平和試驗動物等其他方面的原因，尚需進一步研究。

除飼糧Ⅰ組外，其他3 組精料水平處于35% ～55%的飼糧NDF 的有效降解率相近，4 組飼糧ADF 的有效降解率無顯著差異(P ＞0．05)。與本研究一致，徐曉燕［25］研究兩種不同粗飼料來源的飼糧(精粗比分別為40∶ 60 和60∶ 40)在奶牛瘤胃中的降解率發(fā)現(xiàn)，飼糧的NDF 和ADF 在采食兩種飼糧的奶牛瘤胃中的降解率也沒有顯著差異，他們認為這可能與飼喂兩種飼糧的奶牛瘤胃內(nèi)微生物都能保持其多樣性并不會限制瘤胃降解有關。

4 結(jié)論

隨著NDF/淀粉籽粒比值的提高，用燕麥干草和青貯玉米替代玉米籽粒(不考慮飼料組合效應)，能降低日糧本身的DM、OM、NDF 及ADF 的可降解率，但對CP 的有效降解率無明顯影響。且當NDF/淀粉比例在0．86 ～1．13 時，飼糧的相對營養(yǎng)價值較高。

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